TiO2光催化氧化机理
TiO2属于一种n型半导体材料，它的禁带宽度为3.2ev（锐钛矿）,当它受到波长小于或等于387.5nm的光(紫外光)照射时，价带的电子就会获得光子的能量而越前至导带，形成光生电子（e-）;而价带中则相应地形成光生空穴(h+)，如图1-1所示。
如果把分散在溶液中的每一颗TiO2粒子近似看成是小型短路的光电化学电池，则光电效应应产生的光生电子和空穴在电场的作用下分别迁移到TiO2表面不同的位置。TiO2表面的光生电子e-易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获，而空穴h+则可氧化吸附于TiO2表面的有机物或先把吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成 ·OH自由基，·OH自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化水中绝大部分的有机物及无机污染物，将其矿化为无机小分子、CO2和H2O等无害物质。
反应过程如下：
反应过程如下：
TiO2 + hv → h+ +e- (3) h+ +e- → 热能 （4）
h+ + OH- →·OH (5) h+ + H2O →·OH + H+ (6)
e- +O2 → O2- （7） O2 + H+ → HO2· (8)
2 H2O·→ O2 + H2O2 (9) H2O2 + O2 →·OH + H+ + O2 (10)
·OH + dye →···→ CO2 + H2O (11)
H+ + dye →···→ CO2 + H2O (12)
纳米TiO2光催化剂安全环保性能研究
作者：北京化工大学 徐瑞芬教授
纳米科技的发展为人类治理环境开辟了一条行之有效的途径，我们可以合理利用自然光资源，通过纳米TiO2半导体的光催化效应，在材料内部由吸收光激发电子，产生电子-空穴对，即光生载流子，迅速迁移到材料表面，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由基（oOH）和超氧阴离子自由基（O2·－），从而转化为一种具有安全化学能的活性物质，起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌的作用。
纳米TiO2光催化应用技术工艺简单、成本低廉，利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、良好的化学稳定性和热稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点，且能长期有益于生态自然环境，是最具有开发前景的绿色环保催化剂之一。
本研究在用亚稳态氯化法合成纳米二氧化钛的技术基础上，根据光催化功能高效性的需要，进行掺杂和表面处理，制成特有的在室内自然光和黑暗区微光也能显著发挥光催化作用的纳米二氧化钛，将其作为功能粉体材料，复合到塑料、皮革、纤维、涂料等材料中，研制成无污染、无毒害的纳米TiO2光催化绿色复合材料，充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化的功能，这类环保型功能材料实施方便、应用性强，能实用到生活空间的多种场合，发挥其多功能效应，成为我们生活环境中起长期净化作用的环保材料。
2 纳米TiO2光催化剂对环境的净化功能研究
2．1室内环境的净化
随着建筑材料中各种添加物的使用，室内装饰材料和各种家用化学物质的使用，室内空气污染的程度越来越严重。调查表明，室内空气污染物浓度高于室外，甚至高于工业区。据有关部门测试，现代居室内空气中挥发性有机化合物高达300多种，其中对人体容易造成伤害、甚至致癌的就有20多种，极大地威胁着人类的健康生活。随着人们健康和环保意识的增强，人们对具有光催化净化室内外空气、抗菌杀毒等功能性绿色环保材料的需求日益迫切，纳米TiO2光催化剂的出现为环境净化材料的发展开辟了一片新天地，也为人们对健康环境需求的解决提供了有效的途径。
第２４卷第３期 ２００６年５月 西安航空技术高等专科学校学报
Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ Ｘｉ’ａｎ Ａｅｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｖｏ１．２４Ｎｏ．３ Ｍａｙ．２ ０ ０ ６
有机废水的ＴｉＯ２光催化氧化处理技术浅析
魏新宇
（西安航空技术高等专科学校动力工程系，陕西西安７１００７７）
摘要：Ｔｉ０２以优良的催化性能，被有机废水处理领域日益广泛采用。本文对Ｔｉ０２光催化氧化技术的研究发展进 程作了概要综述，并对该技术在有机污水处理领域的应用作了阐述，对实际工作具有一定的指导意义。 关键词：ＴｉＯ２；光催化氧化；催化剂；污水处理 中图分类号：ＴＵ９９２．３文献标识码：Ａ文章编号：１００８—９２３３（２００６）ｏ３—００４２一ｏ３
１前言
１９７２年，Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ和Ｈｏｎｄａ发现受光辐射的Ｔｉ０２微粒 可以使水持续的发生氧化还原反应，此后光催化氧化技术被 应用于水处理领域，如美国和西班牙研究者开发了中试规模 悬浮Ｔｉ０２水处理系统，光催化氧化技术的优点：可将有机物 完全分解矿化，在常温常压下反应，操作简易，能耗低，所使 用的催化剂ＴｉＯ２，无毒无害，稳定性高，成本低，可回收利用。 国内外大量的研究报告表明光催化法对水中的烃卤代物、羧 酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等均有很 好的去除效果，即使是高浓度或较难降解的有机污染物，经 光催化法可达到完全矿化。有专家预言，光催化法将是处理 各类废水最有效的方法之一。
２光催化原理
基于能带理论，以Ｎ型半导体作为敏化剂的一种光敏氧 化法。当能量大于禁带宽度的光照射半导体催化剂时，满带 上的电子被激发，越过禁带进入导带，则在价带上产生相应 的电子一空穴，从而引发反应。水溶液中的光催化氧化反 应，在半导体表面失去的电子主要是水分子，水分子经一系 列变化后产生氧化能力极强的羟基自由基・ＯＨ，氧化各种有 机物并使之矿化为００ 。以Ｔｉ 为例，该过程可用下式描 述： Ｔｉ ＋ｈ —一ｈｖｂ ＋ｅ— Ｔｉ０２（ｈｖｂ ）＋Ｈ２０—＋Ｔｉ０２＋。０Ｈ＋Ｈ Ｔｉ０ （ｈｖｂ ）＋ＯＨ一一Ｔｉ０ ＋・ＯＨ
纳米TiO2光催化剂安全环保性能研究
作者：北京化工大学 徐瑞芬教授
纳米科技的发展为人类治理环境开辟了一条行之有效的途径，我们可以合理利用自然光资源，通过纳米TiO2半导体的光催化效应，在材料内部由吸收光激发电子，产生电子-空穴对，即光生载流子，迅速迁移到材料表面，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由基（oOH）和超氧阴离子自由基（O2·－），从而转化为一种具有安全化学能的活性物质，起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌的作用。
纳米TiO2光催化应用技术工艺简单、成本低廉，利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、良好的化学稳定性和热稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点，且能长期有益于生态自然环境，是最具有开发前景的绿色环保催化剂之一。
本研究在用亚稳态氯化法合成纳米二氧化钛的技术基础上，根据光催化功能高效性的需要，进行掺杂和表面处理，制成特有的在室内自然光和黑暗区微光也能显著发挥光催化作用的纳米二氧化钛，将其作为功能粉体材料，复合到塑料、皮革、纤维、涂料等材料中，研制成无污染、无毒害的纳米TiO2光催化绿色复合材料，充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化的功能，这类环保型功能材料实施方便、应用性强，能实用到生活空间的多种场合，发挥其多功能效应，成为我们生活环境中起长期净化作用的环保材料。
2 纳米TiO2光催化剂对环境的净化功能研究
2．1室内环境的净化
随着建筑材料中各种添加物的使用，室内装饰材料和各种家用化学物质的使用，室内空气污染的程度越来越严重。调查表明，室内空气污染物浓度高于室外，甚至高于工业区。据有关部门测试，现代居室内空气中挥发性有机化合物高达300多种，其中对人体容易造成伤害、甚至致癌的就有20多种，极大地威胁着人类的健康生活。随着人们健康和环保意识的增强，人们对具有光催化净化室内外空气、抗菌杀毒等功能性绿色环保材料的需求日益迫切，纳米TiO2光催化剂的出现为环境净化材料的发展开辟了一片新天地，也为人们对健康环境需求的解决提供了有效的途径。
